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Dispositif pour déterminer laportion d'un champ regardée par
l'oeil d'un observateur.
La présente invention concerne un dispositif pour
déterminer la portion d'un champ regardée par l'oeil
d'un observateur, un tel dispositif étant généralement
appelé "oculomètre" dans la technique.
On connaît déjà, par exemple par le brevet EP-A-0 157
973, un dispositif destiné à déterminer la portion d'un
champ regardée par l'oeil d'un observateur et compre-
nant
- une source de lumière adressant un faisceau lumineux
sur la cornée dudit oeil pour former un reflet cor
néen ;
- des premiers moyens de prise de vue observant ledit
reflet cornéen et engendrant des premiers signaux
électriques représentatifs de l'orientation de l'axe
optique dudit oeil ;
- des deuxièmes moyens de prise de vue observant ledit
champ et engendrant des deuxièmes signaux électriques
représentatifs dudit champ ; et
- des moyens de calcul recevant lesdits premiers et
deuxièmes signaux électriques et délivrant des trois
ièmes signaux électriques représentatifs de la portion
dudit champ regardée par ledit oeil.
Le fonctionnement d'un tel dispositif est basé notamment
sur les enseignements contenus dans la publication de
MACKWORTH et al, "Eye Fixations Recorded on Changing
Visual Scenes by the Television Eye Marker" dans Journal
of the Optical Society of America, juillet 1958, et
montrant qu'il y a corrélation entre la variation en
orientation de l'axe optique de l'oeil et le déplacement
dudit reflet cornéen.
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Par suite, en observant ledit reflet cornéen, lesdits
premiers moyens de prise de vue connaissent, à chaque
instant, la position du reflet cornéen et l'orientation
de l'axe optique de l'oeil. Lesdits moyens de calcul
peuvent donc déterminer la portion du champ regardée, à
chaque instant, par ledit oeil, puisqu'ils reçoivent les
informations de champ provenant des deuxièmes moyens de
prise de vue.
Lesdits premiers et deuxièmes moyens de prise de vue
peuvent être du type caméra, par exemple du type CCD et,
de préférence, ladite source de lumière est invisible
(infrarouge) pour ne pas gêner l'observateur. Elle est
généralement du type diode LED.
Selon une variante de mise en oeuvre connue, on peut
associer, audit reflet cornéen, le reflet rétinien
engendré par ledit faisceau lumineux et diaphragmé par
la pupille, afin de déterminer l'orientation de l'axe
optique de l'oeil.
Dans les dispositifs connus, du type décrit ci-dessus,
l'oeil de l'observateur regarde directement le champ,
sans interposition d'un système optique, tel qu'une
lunette de visée, limitant la vision périphérique. I1
n'y a donc aucun obstacle à l'illumination de l'oeil par
la source de lumière invisible.
En revanche, si l'on désire prévoir un système optique
pour l'observation du champ par l'oeil de l'observateur,
on se heurte à des difficultés.
En effet, l'oeil doit se trouver proche de l'oculaire du
système optique, dans le plan de la pupille dudit
système optique. Par suite, il n'est pas possible, faute
de place, d'introduire le faisceau lumineux invisible
2os~oos
entre l'oculaire du système optique et l'oeil. Par
ailleurs, si l'on pensait illuminer l'oeil en lumière
invisible à travers ledit système optique, le faisceau
de lumière invisible serait limité en diamètre par la
pupille dudit système optique. Etant donné que la
surface de la pupille d'un système optique est petite
par rapport à la surface de la cornée à illuminer, il en
résulterait une impossibilité d'illuminer la totalité de
la cornée et donc de mesurer toutes les orientations de
l'axe optique de l'oeil.
La présente ïnvention a pour objet de remédier à ces
inconvénients et de permettre de doter d'un système
optique les dispositifs du type décrit ci-dessus.
A cette fin, selon l'invention, le dispositif destiné à
déterminer la portion d'un champ regardée par l'oeil
d'un observateur et comprenant
- une source de lumière adressant un faisceau lumineux
sur ledit oeil pour former au moins un reflet ;
- des premiers moyens de prise de vue observant ledit
reflet et engendrant des premiers signaux électriques
représentatifs de l'orientation de l'axe optique dudit
oeil ;
- des deuxièmes moyens de prise de vue observant ledit
champ et engendrant des deuxièmes signaux électriques
représentatifs dudit champ ; et
- des moyens de calcul recevant lesdits premiers et
deuxièmes signaux électriques et délivrant des trois-
ièmes signaux électriques représentatifs de la portion
dudit champ regardée par ledit oeil ;
est remarquable en ce qu'il comprend
- un système optique de visée à travers lequel ledit
oeil regarde ledit champ, ledit système optique
comprenant un oculaire de sortie derrière lequel est
disposé ledit oeil ; et
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- un premier élément optique disposé du côté du plan
focal objet dudit oculaire de sortie, ledit premier
élément optique laissant passer les rayons lumineux
qui proviennent dudit champ et qui traversent ledit
système optique et adressant audit oeil ledit faisceau
lumineux émis par ladite source de lumière.
Ainsi, ledit faisceau lumineux, destiné à illuminer
l'oeil, passe à travers ledit oculaire de sortie. Ce
dernier a donc un double rôle, à savoir i) adresser
l'image du champ à l'oeil à travers la pupille de sortie
du système optique de visée et ü ) illuminer ledit oeil
à l'aide de la lumière émise par ladite source, sans
limitation par ladite pupille de sortie.
De préfêrence, notamment lorsque le dispositif est
destiné à déterminer la portion de champ regardée par
l'oeil par la méthode connue mettant en oeuvre, outre
ledit reflet cornéen, le reflet rétinien engendré par
ledit faisceau lumineux (méthode dite du "vecteur
cornéen"), ledit premier élément optique est disposé
dans le plan focal objet dudit oculaire de sortie.
Selon un premier mode de réalisation, ledit premier
élément optique, qui peut être du type lame parallèle à
surfaces traitées, est, d'un côté, au moins partiel-
lement transparent pour les rayons lumineux provenant
dudit champ et, de l'autre côté, partiellement transpa-
rent et partiellement réfléchissant pour ledit faisceau
lumineux émis par ladite source de lumière.
Par suite, la partie dudit faisceau lumineux réfléchie
par l'oeil peut traverser ledit premier élément optique
et être dirigée vers un second élément optique, couplé
optiquement avec lesdits premiers et deuxièmes moyens de
prise de vue et disposé en amont (par rapport au sens de
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propagation des rayons lumineux provenant dudit champ)
dudit premier élément optique, ledit second élément
optique étant, d'un côté, partiellement transparent et
partiellement réfléchissant pour les rayons lumineux
provenant dudit champ et, de l'autre côté, au moins
partiellement réfléchissant pour ledit faisceau lumineux
émis par ladite source de lumière.
Dans ce cas, il est avantageux que ledit système optique
de visée comporte un véhicule optique afocal définissant
un point de convergence intermédiaire, â l'emplacement
duquel est disposé ledit second élément optique.
Le système optique de visée peut.alors comporter une
lunette de visée, du type lunette astronomique, de
laquelle est solidarisé ledit véhicule optique, celui-ci
comportant un objectif couplé optiquement à l'oculaire
de ladite lunette de visée et un oculaire formant ledit
oculaire de sortie dudit système optique.
On remarquera que ce mode de réalisation est parti-
culièrement avantageux, car i1 permet d'adapter ladite
lunette de visée, sans modification de celle-ci, pour
l'utiliser dans le dispositif conforme à la présente
invention. On obtient ainsi un capteur destiné à être
couplé à une lunette de visée usuelle pour la rendre
apte au dispositif de l'invention.
Aussi, la présente invention concerne également un
capteur destiné à former avec une lunette de visée un
système optique de visée pour un dispositif destiné à
déterminer la portion d'un champ regardée par l'oeil
d°un observateur, dispositif comprenant
- une source de lumière adressant un faisceau lumineux
sur ledit oeil pour former au moins un reflet ;
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- des premiers moyens de prise de vue observant ledit
reflet et engendrant des premiers signaux électriques
représentatifs de l'orientation de l'axe optique dudit
oeil ;
- des deuxièmes moyens de prise de vue observant ledit
champ et engendrant des deuxièmes signaux électriques
représentatifs dudit champ ; et
- des moyens de calcul recevant lesdits premiers et
deuxièmes signaux électriques et délivrant des trois
ièmes signaux électriques représentatifs de la portion
dudit champ regardée par ledit oeil.
Selon la présente invention, un tel capteur est remar-
quable en ce qu'il comporte
- un véhicule optique afocal solidarisé de ladite
lunette de visée, ledit véhicule optique comportant un
objectif couplé à l'oculaire de ladite lunette de
visée et un oculaire formant l'oculaire de sortie
dudit système optique ;
- un premier élément optique disposé du côté du plan
focal objet dudit oculaire de sortie et adressant
audit oeil ledit faisceau lumineux émis par ladite
source de lumière, ledit premier êlément optique
étant, d'un côté, au moins partiellement transparent
pour les rayons lumineux provenant dudit champ et, de
l'autre côté, partiellement transparent et partielle-
ment réflêchissant pour ledit faisceau lumineux émis
par ladite source de lumière ; et
- un second élément optique couplé optiquement avec
lesdits premïers et deuxièmes moyens de prise de vue
et disposé entre ledit objectif et ledit premier
élément optique, ledit second élëment optique étant,
d'un côté, partiellement transparent et partiellement
rêfléchissant pour les rayons lumineux provenant dudit ,.
champ et, de 1°autre côté, au moins partiellement
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rëfléchissant pour ledit faisceau lumineux émis par
ladite source de lumière.
De préfërence, afin de former une entité de construc-
tion, ladite source de lumière et/ou lesdits premiers et
deuxièmes moyens de prise de vue sont incorporés dans
ledit capteur.
Selon un deuxième mode de réalisation, ledit premier
élément optique, qui peut également être du type lame
parallèle à surfaces traitées, est, d'un côté, partiel-
lement transparent et partiellement réfléchissant pour
les rayons lumineux provenant dudit champ et, de l'autre
côté, au moins partiellement réfléchissant pour ledit
faisceau lumineux émis par ladite source de lumière.
Ainsi, ledit premier élément optique peut être couplé
optiquement avec lesdits premiers et deuxièmes moyens de
prise de vue, le couplage avec lesdits premiers moyens
de prise de vue étant obtenu grâce à un troisième
élément optique, d'un côté au moins partiellement
transparent et de l'autre côté au moins partiellement
rêfléchissant pour ledit faisceau lumineux émis par
ladite source de lumière et permettant de séparer de ce
faisceau la partie qui est réfléchie par l'oeil et par
ledit premier élément optique.
Dans ce cas, il est avantageux que lesdits premier et
troisième éléments optiques soient incorporés à une
lunette de visée pour former ledit système optique,
l'oculaire de ladite lunette de visée formant l'oculaire
de sortie dudit système optique.
On obtient alors, par modification d'une lunette de
visée usuelle, un système optique tout spécialement
destiné au dispositif conforme à la présente invention.
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Ainsi, la présente invention concerne également un
système optique de visée pour un dispositif destiné à
déterminer 1a portion d'un champ regardée par l'oeil
d'un observateur, ledit dispositif comprenant
- une source de lumière adressant un faisceau lumineux
sur ledit oeil pour former au moins un reflet ;
- des premiers moyens de prise de vue observant ledit
reflet et engendrant des premiers signaux électriques
reprësentatifs de l'orientation de l'axe optique dudit
oeil ;
- des deuxièmes moyens de prise de vue observant ledït
champ et engendrant des deuxièmes signaux électriques
représentatifs dudit champ ; et
- des moyens de calcul recevant lesdits premiers et
deuxièmes signaux électriques et délivrant des trois
ièmes signaux électriques, représentatifs de la
portion dudit champ regardée par ledit oeil ;
ledit système optique étant remarquable en ce qu'il
comporte
- une lunette de visée pourvue d'un oculaire ;
- un premier élément optique disposë du côté du plan
focal objet dudit oculaire de la lunette de visée et
adressant audit oeil ledit faisceau lumineux émis par
ladite source de lumière, ledit premier élément
optique étant, d'un côté, partiellement transparent et
partiellement rêfléchissant pour les rayons lumineux
provenant dudit champ et, de l'autre côté, au moins
partiellement réfléchissant pour ledit faisceau '
lumineux émis par ladite source de lumière, ledit
premier élément optique étant optiquement couplé
auxdits deuxièmes moyens de prise de vue ; et
- un troisième élément optique, d'un côté au moins
partiellement transparent et de l'autre côté au moins
partiellement réfléchissant pour ledit faïsceau
lumineux émïs par ladite source de lumière, ledit
troisième élêment optique assurant la séparation entre
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ledit faisceau lumineux et la partie de celui-ci
réfléchie par l'oeil et ledit premier élément optique,
ainsi que le couplage optique entre ledit premier
élément optique et lesdits premiers moyens de prise de
vue.
De préférence, afin de former un ensemble unitaire,
ladite source de lumière et/ou lesdits premiers et
deuxièmes moyens de prise de vue sont incorporés dans
ledit système optique.
i0 Les figures du dessin annexé feront bien comprendre
comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures,
des références identiques désignent des éléments sembla-
bles.
La figure 1 montre schématiquement un premier mode de
réalisation du dispositif conforme à la présente ïnven
tion.
La figure 2 montre schématiquement l'image d'un champ vu
à travers le dispositif de l'invention.
La figure 3 est une vue partielle, agrandie et en coupe,
du dispositif de la figure 1.
La figure 4 ïllustre en coupe partielle un second mode
de réalisation du dispositif conforme à la présente
invention.
Le dispositif 1, conforme à la présente invention et
représentê schëmatiquement sur la figure 1, comporte une
lunette de visée 2, par exemple du type lunette astrono-
mique, et un capteur optique-électrique 3, solidarisés
l'un de l'autre par un élément de fixation 4, de façon
que leurs axes optiques soient rigoureusement alignés
10
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sur un axe optique commun définissant une ligne de visée
V-V .
Un oeil 5 d' un observateur est disposé sur la ligne de
visée V-V, derrière le capteur 3, de sorte qu'il peut
regarder le champ 6 défini par la lunette de visée 2.
Comme l'illustre la figure 2, l'oeil 5 voit donc l'image
6' du champ 6 à travers la lunette 2 et le capteur 3,
ainsi que les images des différents éléments ou portions
7i composant ce champ.
Par ailleurs, le dispositif 1 de la figure 1 comporte un
calculateur 8 recevant des signaux électriques de
sorties 9 et 10 du capteur 3 et les traitant pour
délivrer des signaux à sa sortie 11.
Comme le montre schëmatiquement la figure 3 sur laquelle
la lunette 2 n'est représentée que partiellement, le
capteur optique-électrique 3 comporte une suite de
quatre lentilles convergentes 12, 13, 14 et 15, centrées
sur la ligne de visëe V-V et disposées le long de
celle-ci de façon à former un véhicule optique afocal et
achromatique.
La lentille 12 fait office d'objectif pour le capteur 3
et elle reçoit de l'oculaire 17 de la lunette de visée 2
le faisceau 16, traversant ladite lunette de visée 2 et
constitué alors de rayons parallèles du fait de son
passage à travers ledit oculaire 17. Elle le fait
converger à son foyer image 18. Chacune des lentilles 13
et 14 fait de nouveau converger le faisceau 16, respec-
tivement aux points intermédiaires 19 et 20. Le point 20
est confondu avec le foyer objet de la lentille 15.
Ainsi, la lentille l5 fait office d'oculaire de sortie
pour l'ensemble de la lunette de visée 2 et du capteur 3
et adresse à l'oeil 5 le faisceau 16, de nouveau sous
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forme de rayons parallèles. L'oeil 5 voit donc l'image
6' après inversion par la lentille 12, redressement par
la lentille 13, inversion par la lentille 14 et redres-
sement par l'oculaire de sortie 25.
Au point de convergence 19, entre les lentilles 13 et
14, est disposée une lame inclinêe 21, qui, d'un côté,
est semi-transparente et semi-réfléchissante pour le
faisceau 16 et, de l'autre, au moins partiellement
réfléchissante pour la lumière infrarouge.
De plus, au foyer objet 20 de l' oculaire de sortie 15,
est disposée une lame inclinée 22, qui, d'un côté, est
transparente pour le faisceau 16 et, de l'autre, semi-
réfléchissante et semi-transparente pour la lumière
infrarouge.
Par ailleurs, le capteur 3 comporte
- une source de lumière infrarouge 23, par exemple une
diode LED émettant un faisceau infrarouge 24, qui, par
l'action d'une optique 25, est convergé sur la lame
inclinée 22 ;
- une caméra CCD infrarouge 26, disposée en regard de la
lame inclinée 21, avec interposition d'une optique 27,
la sortie de la caméra 26 formant la sortie 9 du
capteur 3 ; et
- une caméra CCD 28, disposêe en regard de la lame
inclinée 21, avec interposition d'une optique 29, la
sortie de la caméra 28 formant la sortie 10 du capteur
3.
Ainsi, le faisceau 16 provenant de l'oculaire 17 de la
lunette de visée 2 est adressé à l'oeil 5 par les
lentilles 12 à 15 de la façon indiquée ci-dessus, en
traversant les lames inclinées 21 et 22. De plus, une
partie 16' du faisceau 16 est adressée â la caméra 28
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12
par rëflexion sur la lame inclinée 21 et à travers
l'optique 29. Les signaux électriques apparaissant à la
sortie 10 représentent donc l'image 6' du champ 6.
Quant à lui, le faisceau 24 est adressé à l'oeil 5 sous
la forme d'un faisceau à rayons parallèles, grâce à la
réflexion sur la lame 22 et à l'action de l'oculaire de
sortie 15. Ce faisceau 24 engendre donc, par illumina-
tion de la cornée et de la rétine de l'oeil 5 et par
réflexion sur celles-ci, un reflet cornéen et un reflet
rétinien véhiculés par un faisceau 24', qui traverse, en
sens inverse du faisceau 16, l'oculaire de sortie 15, la
lame inclinée 20 et la lentille 14, pour se réfléchir
sur la lame inclinée 21, avant d'être adressé à la
caméra 26 par l'optique 27.
Puisque la différence de position entre ce reflet
cornéen et le centre de la pupille brillante formée par
le reflet rétinien est représentative de l'orientation
de l'axe optique de l'oeil 5, l'information fournie à la
sortie '9 de la caméra 26 est représentative de celui des
éléments 7i de l'image 6', regardé par ledit oeil 5.
Par suite, le calculateur 8 recevant à ses entrées les
signaux électriques provenant des sorties 9 et 10 des
caméras 26 et 28 est capable de délivrer à sa sortie 11,
par un traitement connu desdits signaux électriques
d'entrée, des signaux électriques de sortie représenta-
tifs dudit élément 7i regardé par l'oeil 5.
Sur la figure 4, on a représenté partiellement une
lunette de visée 102, perfectionnée selon l'invention et
destinée à remplacer, dans le dispositif 1 de la figure
1, l'ensemble de la lunette de visée usuelle 2 et du
capteur 3. L'axe optique, ou ligne de visée, de la
lunette 102 porte également la rëférence V-V.
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13
La lunette 102 comporte un oculaire 117 et l'oeil 5 est
disposé derrière cet oculaire pour recevoir le faisceau
optique 116 traversant ladite lunette (en provenance de
l'objectif non représentë de ladite lunette 102) et pour
voir l'image 6 (figure 2) du champ 6. La lunette 102
comporte des sorties 109 et 110, respectivement analo-
gues aux sorties 9 et 10, décrites ci-dessus.
Au foyer objet 120 de l'oculaire 117 est disposée une
lame inclinée 122, qui, d'un côté, est partiellement
transparente et partiellement réflëchissante pour le
faisceau 116 et, de l'autre côté, au moins partiellement
réflëchissante pour la lumière infrarouge.
Pa.r ailleurs, la lunette 102 comporte
- une source de lumière infrarouge 123 (diode LED),
émettant un faisceau infrarouge 124, qui, par l'action
d'une optique 125, est convergé sur la lame inclinée
122 ;
- une lame inclinée 121, disposée sur le trajet du
faisceau 124, ladite lame 121 étant, d'un côté, au
moins partiellement transparente et, de l'autre, au
moins partiellement réfléchissante pour la lumière
infrarouge ;
- une caméra CCD infrarouge 126, disposée en regard de
la lame inclinée 121, avec interposition d'une optique
127, la sortie de la caméra 126 formant la sortie 109
de la lunette 102 ; et
- une caméra CCD 128, disposée en regard de la lame
inclinée 122, avec interposition d'une optique 129, la
sortie de la caméra 128 formant la sortie 110 de la
lunette 102.
Ainsi, le faisceau 116 traversant la lunette de visée
102 est adressé à l'oeil 5 à travers la lame inclinée
122 et l'oculaire 117. De plus, une partie 116° du
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14
faisceau 116 est adressée à la caméra 128 par réflexion
sur 1a lame inclinée 122 et à travers l'optique 129. Les
signaux électriques apparaissent à la sortie 110 repré-
sentant donc l'image 6' du champ 6.
Le faisceau infrarouge 124 est adressé à l'oeil 5 sous
la forme d'un faisceau parallèle, après traversée de la
lame inclinée 121 et de l'optique 125, grâce à la
réflexion sur la lame inclinée 122 et à l'action de
l'oculaire 117 de la lunette 102. Ce faisceau 124
engendre donc, par illumination de la cornée et de la
rétine de l'oeil 5 et par réflexion sur celles-ci, un
reflet cornéen et un reflet rétinien véhiculés par un
faisceau 124', qui traverse, en sens inverse du faisceau
116, l'oculaire 117 et se réflêchit sur les lames
inclinées 122 et 121, avant d'être adressé à la caméra
126 par l'optique 127.
On voit donc que, sur les sorties 109 et 110, apparais-
sent des signaux électriques semblables respectivement à
ceux apparaissant sur les sorties 9 et 10 mentionnées
ci-dessus. Par suite, le calculateur 8 peut traiter de
façon identique les signaux desdites sorties 109 et 110,
pour délivrer à sa sortie 11 des signaux êlectriques
représentatifs de l'élément 7i regardé par l'oeil 5 à
travers la lunette 102.
De la description ci-dessus, on remarquera qu'il est
aisé de réaliser, grâce à l'invention, un dispositif
binoculaire en associant un système optique 2,3 ou 102 à
chacun des deux yeux 5 d'un observateur. Dans ce cas, il
est avantageux que 1e calculateur 8 traite les signaux
provenant des deux systèmes optiques 2,3 ou 102.
